Страница 213 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Прежде чем приступить к выполнению практической работы, ознакомьтесь со свойствами пластмасс и волокон (см. табл. 17–18). После этого получите задание от учителя.

Текст на изображении представляет собой инструкцию к выполнению практической работы. Согласно этой инструкции, необходимо выполнить следующие шаги:

1. Ознакомиться со свойствами пластмасс и волокон, используя таблицы 17–18 из учебного материала.

2. Получить конкретное задание у преподавателя.

Поскольку доступ к указанным таблицам и преподавателю отсутствует, ниже представлен развернутый обзор общих свойств пластмасс и волокон, который поможет подготовиться к выполнению практической работы по их распознаванию.

Свойства пластмасс

Пластмассы (пластики) — это материалы на основе синтетических или природных полимеров. Их свойства сильно различаются, но для идентификации в лабораторных условиях обычно проверяют несколько ключевых характеристик.

Отношение к нагреванию. По этому свойству пластмассы делятся на две основные группы. Термопласты (например, полиэтилен, полистирол, ПВХ) при нагревании размягчаются и плавятся, а при охлаждении возвращаются в твердое состояние. Этот процесс обратим. Реактопласты (например, фенолформальдегидные и эпоксидные смолы) при первом нагревании необратимо затвердевают, образуя прочную сетчатую структуру. Повторное нагревание не плавит их, а приводит к разрушению (обугливанию).

Плотность. Большинство пластмасс легче воды, то есть их плотность меньше 1 г/см³. Полиэтилен и полипропилен будут плавать в воде, что является простым тестом для их частичной идентификации. Однако некоторые пластмассы, такие как поливинилхлорид (ПВХ) и фторопласт (тефлон), тяжелее воды и тонут.

Растворимость. Химическая стойкость пластмасс различна. Например, полиэтилен устойчив к действию кислот, щелочей и многих растворителей. Полистирол, напротив, легко растворяется в ацетоне или бензоле.

Характер горения. Поведение пластмассы в пламени — важный диагностический признак. При поджигании образца обращают внимание на то, горит ли он после удаления из пламени, на цвет пламени, наличие копоти и запах, выделяющийся при горении.

Ответ: Основными свойствами для распознавания пластмасс являются их отношение к нагреванию (деление на термопласты и реактопласты), плотность (сравнение с плотностью воды), растворимость в органических растворителях и характер горения.

Свойства волокон

Волокна — это протяженные и гибкие тела, длина которых многократно превышает их толщину. Для их распознавания необходимо знать их классификацию и основные свойства.

Классификация. Волокна делятся на натуральные и химические. К натуральным относятся волокна растительного происхождения (хлопок, лён — состоят из целлюлозы) и животного происхождения (шерсть, шёлк — состоят из белка). Химические волокна бывают искусственными, которые получают из природных полимеров (например, вискоза из целлюлозы), и синтетическими, которые производят путем синтеза из низкомолекулярных веществ (капрон, лавсан).

Органолептические свойства. Волокна можно различить по внешнему виду и на ощупь. Хлопок — матовый и мягкий, лён — более жесткий, с характерным блеском, шерсть — извитая и пушистая, шёлк — гладкий, с сильным блеском.

Гигроскопичность. Это способность поглощать влагу из воздуха. Натуральные волокна (хлопок, лён, шерсть) и искусственная вискоза обладают хорошей гигроскопичностью. Большинство синтетических волокон (лавсан, капрон, нитрон) влагу почти не впитывают.

Проба на горение. Это один из наиболее надежных методов идентификации.
• Хлопок и лён (целлюлоза): горят быстро и ровно, как бумага, с соответствующим запахом. После сгорания оставляют легкий серый пепел.
• Шерсть и шёлк (белок): в пламени спекаются, горят медленно, с запахом жжёного пера. Вне пламени горение обычно прекращается. Образуется хрупкий черный остаток.
• Синтетические волокна (например, капрон, лавсан): не горят, а плавятся, образуя твердый шарик. При этом ощущается специфический химический запах.

Ответ: Для распознавания волокон ключевыми свойствами являются их происхождение (натуральные, химические), внешний вид и свойства на ощупь, гигроскопичность и, в особенности, характер поведения в пламени (горение или плавление, запах, вид остатка).

Повторите правила техники безопасности при работе в школьной химической лаборатории.

Повторите правила техники безопасности при работе в школьной химической лаборатории.

Для обеспечения безопасности при работе в школьной химической лаборатории необходимо строго соблюдать следующие правила:

Общие правила поведения

• Входить в химическую лабораторию, а также начинать работу можно только с разрешения учителя. Работать в лаборатории в одиночку запрещено.
• Находиться в лаборатории необходимо в специальной одежде (халате) и, при необходимости, в защитных очках. Длинные волосы должны быть собраны.
• Рабочее место следует содержать в чистоте и порядке. На столе не должно быть ничего лишнего.
• В лаборатории категорически запрещается есть, пить и жевать жевательную резинку.
• Необходимо точно знать, где находятся средства пожаротушения (огнетушитель, ящик с песком) и аптечка первой помощи.
• Выполнять можно только те опыты, которые указаны учителем или описаны в инструкции. Запрещается проводить любые посторонние эксперименты.

Правила обращения с химическими реактивами

• Запрещается пробовать вещества на вкус.
• Нюхать вещества можно, лишь осторожно направляя на себя пары или газы легким движением руки, а не наклоняясь к сосуду и не вдыхая полной грудью.
• Все емкости с реактивами должны иметь этикетки с названием вещества. Нельзя использовать реактивы из склянок без этикеток или с нечеткими надписями.
• Брать твердые реактивы из емкостей следует только чистым шпателем или ложечкой. Жидкие реактивы отбирают пипеткой или наливают через воронку.
• Избыток взятого реактива запрещается выливать (высыпать) обратно в тару, из которой он был взят. Его следует утилизировать в специальный контейнер.
• При разбавлении концентрированных кислот (особенно серной) следует медленно приливать кислоту в воду тонкой струйкой при перемешивании, а не наоборот.
• Отработанные реактивы и растворы следует сливать не в раковину, а в специальные емкости для утилизации согласно указаниям учителя.

Правила работы с лабораторным оборудованием и нагревательными приборами

• Перед использованием стеклянной посуды (пробирок, колб, стаканов) необходимо внимательно осмотреть ее на предмет трещин и сколов. Пользоваться поврежденной посудой запрещено.
• При нагревании жидкости в пробирке ее нужно держать специальным держателем так, чтобы ее отверстие было направлено в сторону от себя и от окружающих.
• Зажигать спиртовку или газовую горелку можно только спичкой. Запрещается зажигать одну горелку от другой.
• Гасить пламя спиртовки можно только накрывая его колпачком. Дуть на пламя запрещено.
• Запрещается оставлять без присмотра работающие нагревательные приборы.
• После окончания работы необходимо привести рабочее место в порядок, вымыть посуду и сдать ее лаборанту или учителю.

Действия в чрезвычайных ситуациях

• При любом несчастном случае (порез, ожог, отравление, попадание вещества на кожу или в глаза) необходимо немедленно прекратить работу и сообщить об этом учителю.
• При термическом ожоге необходимо охладить пораженный участок холодной водой.
• При химическом ожоге кислотой пораженный участок промывают большим количеством воды, а затем раствором питьевой соды ($NaHCO_3$).
• При химическом ожоге щелочью пораженный участок промывают большим количеством воды, а затем слабым раствором уксусной или борной кислоты.
• При попадании вещества в глаза их следует немедленно промыть большим количеством воды, держа веки открытыми.
• При возникновении пожара следует немедленно сообщить учителю, выключить все нагревательные приборы и действовать строго по его указаниям.

Ответ: Перечисленные правила техники безопасности являются обязательными для выполнения всеми учащимися при работе в школьной химической лаборатории. Их строгое соблюдение — залог сохранения здоровья и предотвращения несчастных случаев.

1. В двух пакетах находятся пластмассы:

а) поливинилхлорид и фенопласт;

б) полиэтилен и полистирол.

Определите, какая пластмасса находится в каждом из пакетов.

Для определения, какая пластмасса находится в каждом из пакетов, необходимо провести ряд качественных тестов, основанных на различиях в их физических и химических свойствах.

В этом случае мы имеем дело с термопластом (поливинилхлорид) и реактопластом (фенопласт), что является их ключевым отличием.

Решение:

Предлагаются следующие методы для их различения:

1. Термическая проба (нагревание). Это основной метод. Необходимо взять по небольшому образцу из каждого пакета и осторожно нагреть их в пламени (например, зажигалки), держа пинцетом. Опыт следует проводить в проветриваемом помещении.

   • Образец, который при нагревании размягчается и становится пластичным, — это поливинилхлорид (ПВХ). Это свойство всех термопластов.
   • Образец, который не плавится, а при сильном нагреве начинает обугливаться и разрушаться, — это фенопласт. Это свойство термореактивных пластмасс (реактопластов).

2. Проба на горение. Если поджечь образцы:

   • Поливинилхлорид, химическая формула мономерного звена которого $(-CH_2-CHCl-)_n$, горит зеленоватым пламенем (особенно у основания из-за присутствия хлора), с выделением резкого удушливого запаха хлороводорода ($HCl$). Важной особенностью является то, что он самозатухает вне пламени.
   • Фенопласт горит коптящим желтым пламенем и издает характерный запах фенола ("карболовой кислоты"). Он продолжает обугливаться, но не плавится.

3. Проба Бейльштейна. Это качественная реакция на галогены. Нужно прокалить медную проволоку в пламени, коснуться ею образца пластика, а затем снова внести в пламя. В случае поливинилхлорида пламя окрасится в зелёный цвет, что подтверждает наличие хлора. Фенопласт не даст такой реакции.

Ответ: Чтобы различить поливинилхлорид и фенопласт, нужно нагреть образцы. Поливинилхлорид размягчится (термопласт), а при горении даст зеленоватое пламя и резкий запах хлороводорода. Фенопласт при нагревании не плавится, а обугливается (реактопласт), горит коптящим пламенем с запахом фенола.

Оба этих полимера являются термопластами, но они существенно различаются по плотности и поведению при горении.

Решение:

Предлагаются следующие методы для их различения:

1. Определение плотности (проба с водой). Это самый простой и надежный способ.

   • Полиэтилен имеет плотность ниже плотности воды ($\rho \approx 0,92-0,96 \text{ г/см}^3$), поэтому образец из этого материала будет плавать на поверхности воды.
   • Полистирол имеет плотность выше плотности воды ($\rho \approx 1,05-1,06 \text{ г/см}^3$), поэтому его образец утонет.

2. Проба на горение.

   • Полиэтилен, мономерное звено $(-CH_2-CH_2-)_n$, горит спокойным, синеватым у основания пламенем, плавится и капает подобно парафину. Запах при горении напоминает запах горящей свечи. Горение не сопровождается копотью.
   • Полистирол, мономерное звено $(-CH_2-CH(C_6H_5)-)_n$, горит ярким, очень сильно коптящим пламенем с образованием хлопьев сажи. При горении выделяется характерный сладковатый ароматический запах (запах мономера — стирола).

3. Механические свойства.

   • Полиэтилен — гибкий, эластичный, на ощупь слегка жирный (воскоподобный) материал.
   • Полистирол (в чистом виде) — жесткий и хрупкий. При попытке согнуть он ломается с характерным хрустом. При постукивании издает звонкий звук.

Ответ: Чтобы различить полиэтилен и полистирол, достаточно опустить их в воду: полиэтилен всплывёт, а полистирол утонет. Также можно поджечь образцы: полиэтилен горит синеватым пламенем без копоти и пахнет парафином, а полистирол горит сильно коптящим пламенем и имеет сладковатый запах.

2. В четырёх пакетах находятся волокна:

а) натуральный шёлк (или шерсть), вискоза, нитрон и лавсан;

б) хлопчатобумажная ткань, ацетатное волокно, вискоза и капрон.

Определите, какое вещество находится в каждом из пакетов.

Для определения вещества в каждом из пакетов необходимо провести качественный анализ волокон, основанный на их физических и химических свойствах. План анализа для каждого набора представлен ниже.

Решение:

Для идентификации волокон в данном наборе можно использовать следующий план действий:

1. Проба на горение. Из каждого пакета отбирается небольшая проба волокна и с помощью пинцета вносится в пламя. Наблюдают за характером горения, запахом и остатком.
   • Натуральный шёлк/шерсть (белковое волокно): Горит медленно, спекаясь, с характерным запахом жжёного волоса или пера. При вынесении из пламени горение прекращается. Образуется хрупкий чёрный шарик, который легко растирается пальцами.
   • Вискоза (гидратцеллюлозное волокно): Горит очень быстро, ровным ярким пламенем, как бумага. Запах соответствует жжёной бумаге. После сгорания остаётся небольшое количество лёгкого серого пепла.
   • Нитрон (полиакрилонитрильное волокно): При поднесении к пламени плавится, усаживается и затем горит ярким, коптящим, вспыхивающим пламенем. После удаления из огня горение прекращается. Образуется твёрдый, бесформенный наплыв чёрного цвета. Запах специфический, горьковатый.
   • Лавсан (полиэфирное волокно): Плавится и горит медленно, с копотью. При вынесении из пламени самозатухает. Образуется твёрдый, гладкий, круглый шарик чёрного цвета. Запах сладковатый, ароматический.

   Уже на этом этапе можно с высокой долей вероятности различить все четыре волокна по характерным признакам горения.

2. Подтверждающие химические тесты. Для окончательной идентификации можно провести дополнительные реакции.
   • Ксантопротеиновая реакция: Проба волокна, определённая как шёлк/шерсть, обрабатывается каплей концентрированной азотной кислоты ($HNO_3$). Появление жёлтого окрашивания подтверждает белковую природу волокна.
   • Действие щёлочи: Шёлк и шерсть растворяются при кипячении в 10% растворе гидроксида натрия ($NaOH$). Лавсан также медленно разрушается (гидролизуется) при кипячении в щёлочи. Вискоза и нитрон более устойчивы.

Ответ: Идентифицировать волокна можно с помощью пробы на горение. Шёлк/шерсть определяется по запаху жжёного волоса и хрупкому остатку. Вискоза — по быстрому горению и запаху жжёной бумаги. Лавсан и нитрон плавятся, но лавсан образует круглый шарик и имеет сладковатый запах, в то время как нитрон образует бесформенный наплыв и имеет специфический запах. Ксантопротеиновая реакция может быть использована для подтверждения белковой природы шёлка/шерсти.

Решение:

Идентификация данного набора волокон проводится по следующей схеме:

1. Проба на горение. Это основной метод первичной идентификации.
   • Хлопчатобумажная ткань (целлюлозное волокно): Горит быстро, как бумага, с запахом жжёной бумаги. Оставляет лёгкий серый пепел.
   • Ацетатное волокно (эфир целлюлозы): Плавится, а затем горит. Издаёт характерный резкий запах уксусной кислоты (уксуса). Образуется твёрдый, хрупкий, тёмный шарик неправильной формы. Запах является ключевым признаком.
   • Вискоза (гидратцеллюлозное волокно): Горит аналогично хлопку: быстро, с запахом жжёной бумаги и образованием серого пепла.
   • Капрон (полиамидное волокно): Не горит, а плавится в пламени, усаживаясь. При вынесении из огня застывает, образуя твёрдый и прочный шарик серого или коричневатого цвета. Запах специфический, напоминает запах сельдерея или сургуча.

   По результатам пробы на горение можно легко идентифицировать ацетатное волокно (по запаху уксуса) и капрон (по плавлению и характерному запаху). Остаётся различить хлопок и вискозу.

2. Тесты для различения хлопка и вискозы.
   • Проба на прочность в мокром состоянии: Образцы волокон, определённые как хлопок или вискоза, смачивают водой. Затем пробуют разорвать. Вискозное волокно в мокром состоянии теряет до 50-60% прочности и рвётся значительно легче. Хлопок же в мокром состоянии сохраняет или даже немного увеличивает свою прочность.
   • Действие концентрированной серной кислоты ($H_2SO_4$): На оба образца можно капнуть концентрированной серной кислотой. Вискоза растворится почти мгновенно, в то время как хлопок растворяется заметно медленнее.
3. Подтверждающий тест для ацетатного волокна.
   • Растворимость в ацетоне: Ацетатное волокно, в отличие от трёх других, полностью растворяется в ацетоне. Это специфичный и надёжный тест для его идентификации.

Ответ: Сначала пробой на горение определяют ацетатное волокно (по запаху уксуса) и капрон (плавится со специфическим запахом). Оставшиеся два образца — хлопок и вискозу — различают по их прочности в мокром состоянии: вискоза легко рвётся, а хлопок нет. Подтвердить наличие ацетатного волокна можно его растворением в ацетоне.